本發(fā)明屬于胚胎電子細(xì)胞陣列技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種總線胚胎電子細(xì)胞陣列中電子細(xì)胞數(shù)目選擇方法。

背景技術(shù)：

隨著航空航天、深海探測(cè)等領(lǐng)域的不斷發(fā)展以及電磁環(huán)境的日益復(fù)雜，對(duì)電子裝備的可靠性要求越來(lái)越高，傳統(tǒng)的基于部件冗余的容錯(cuò)設(shè)計(jì)存在硬件資源消耗大、冗余備份單元有限等不足。基于此，胚胎電子細(xì)胞陣列技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，胚胎電子細(xì)胞陣列是一種基于多細(xì)胞生物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程而設(shè)計(jì)的一種新型硬件結(jié)構(gòu)，具有類似于生物的自組織、自檢測(cè)和自修復(fù)等能力。

然而目前關(guān)于胚胎電子細(xì)胞陣列的研究主要在陣列結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、自修復(fù)方法、故障檢測(cè)方法及其應(yīng)用等方面進(jìn)行，缺少關(guān)于胚胎電子細(xì)胞陣列內(nèi)胚胎電子細(xì)胞數(shù)目選擇方法的研究。而胚胎電子細(xì)胞陣列中電子細(xì)胞數(shù)目選擇是工程實(shí)際應(yīng)用過(guò)程必須要考慮的問(wèn)題，電子細(xì)胞數(shù)目的選擇與陣列的硬件資源消耗和陣列可靠性都直接相關(guān)，更多的電子細(xì)胞可以帶來(lái)更高的陣列可靠性，但同時(shí)也將帶來(lái)更大的硬件資源消耗。而現(xiàn)有胚胎電子細(xì)胞陣列內(nèi)部電子細(xì)胞數(shù)目的選擇大多憑借經(jīng)驗(yàn)，缺乏理論支持和指導(dǎo)，不能很好平衡陣列硬件資源消耗和可靠性的關(guān)系。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種總線胚胎電子細(xì)胞陣列中電子細(xì)胞數(shù)目選擇方法，以解決現(xiàn)有胚胎電子細(xì)胞陣列內(nèi)部的電子細(xì)胞數(shù)目的選擇缺乏理論支持和指導(dǎo)，不能很好地平衡陣列硬件資源消耗和可靠性的關(guān)系的問(wèn)題。

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種總線胚胎電子細(xì)胞陣列中電子細(xì)胞數(shù)目選擇方法，包括：

分析總線胚胎電子細(xì)胞陣列的結(jié)構(gòu)和工作特點(diǎn)，采用多態(tài)系統(tǒng)理論，建立總線胚胎電子細(xì)胞陣列的可靠性分析模型；

以mos管消耗數(shù)目為硬件資源消耗的衡量指標(biāo)，建立總線胚胎電子細(xì)胞陣列的硬件資源消耗模型；

根據(jù)所述可靠性分析模型和所述硬件資源消耗模型，結(jié)合電路設(shè)計(jì)要求，合理確定總線胚胎電子細(xì)胞陣列中電子細(xì)胞數(shù)目。

本發(fā)明實(shí)施例相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)所具有的有益效果：本發(fā)明實(shí)施例分析總線胚胎電子細(xì)胞陣列的結(jié)構(gòu)和工作特點(diǎn)，采用多態(tài)系統(tǒng)理論，建立總線胚胎電子細(xì)胞陣列的可靠性分析模型；以mos管消耗數(shù)目為硬件資源消耗的衡量指標(biāo)，建立總線胚胎電子細(xì)胞陣列的硬件資源消耗模型；然后根據(jù)所述可靠性分析模型和所述硬件資源消耗模型，結(jié)合電路的設(shè)計(jì)要求，確定總線胚胎電子細(xì)胞陣列中電子細(xì)胞數(shù)目，能夠合理地選擇陣列功能模塊內(nèi)細(xì)胞的數(shù)目，兼顧陣列的可靠性和硬件資源消耗，從而解決現(xiàn)有技術(shù)中胚胎電子細(xì)胞陣列內(nèi)部的電子細(xì)胞數(shù)目的選擇缺乏理論支持和指導(dǎo)，不能很好地平衡陣列硬件資源消耗和可靠性的關(guān)系的問(wèn)題。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的總線胚胎電子細(xì)胞陣列中電子細(xì)胞數(shù)目選擇方法的流程圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的循環(huán)移除故障自修復(fù)策略的流程；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的單細(xì)胞故障循環(huán)移除自修復(fù)過(guò)程；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的建立總線胚胎電子細(xì)胞陣列的可靠性分析模型的流程圖；

圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的根據(jù)所述狀態(tài)性能概率分布模型建立所述可靠性分析模型的流程圖；

圖6是本發(fā)明實(shí)施例提供的計(jì)算總線胚胎電子細(xì)胞陣列工作過(guò)程的可靠度的流程圖；

圖7是本發(fā)明實(shí)施例提供的確定功能模塊內(nèi)空閑細(xì)胞電子細(xì)胞數(shù)目的流程圖；

圖8是本發(fā)明實(shí)施例提供的功能模塊內(nèi)不同功能模塊電子細(xì)胞數(shù)目選擇對(duì)應(yīng)陣列可靠度曲線；

圖9是本發(fā)明實(shí)施例提供的功能模塊內(nèi)不同功能模塊電子細(xì)胞數(shù)目選擇對(duì)應(yīng)陣列mttf；

圖10是本發(fā)明實(shí)施例提供的功能模塊內(nèi)不同功能模塊電子細(xì)胞數(shù)目選擇對(duì)應(yīng)陣列mos管消耗；

圖11是本發(fā)明實(shí)施例提供的確定功能模塊內(nèi)總的胚胎電子細(xì)胞數(shù)目的流程圖；

圖12是本發(fā)明實(shí)施例提供的功能模塊內(nèi)不同功能模塊空閑細(xì)胞數(shù)目選擇對(duì)應(yīng)陣列的可靠度；

圖13是本發(fā)明實(shí)施例提供的功能模塊內(nèi)不同功能模塊空閑細(xì)胞數(shù)目選擇對(duì)應(yīng)陣列的mttf；

圖14是本發(fā)明實(shí)施例提供的功能模塊內(nèi)不同功能模塊空閑細(xì)胞數(shù)目選擇對(duì)應(yīng)的陣列mos管消耗。

具體實(shí)施方式

以下描述中，為了說(shuō)明而不是為了限定，提出了諸如特定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、技術(shù)之類的具體細(xì)節(jié)，以便透徹理解本發(fā)明實(shí)施例。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)清楚，在沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)的其它實(shí)施例中也可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。在其它情況中，省略對(duì)眾所周知的系統(tǒng)、裝置、電路以及方法的詳細(xì)說(shuō)明，以免不必要的細(xì)節(jié)妨礙本發(fā)明的描述。

為了說(shuō)明本發(fā)明所述的技術(shù)方案，下面通過(guò)具體實(shí)施例來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。

圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的總線胚胎電子細(xì)胞陣列中電子細(xì)胞數(shù)目選擇方法的實(shí)現(xiàn)流程，詳述如下：

步驟s101，分析總線胚胎電子細(xì)胞陣列的結(jié)構(gòu)和工作特點(diǎn)，采用多態(tài)系統(tǒng)理論，建立總線胚胎電子細(xì)胞陣列的可靠性分析模型。

總線胚胎電子細(xì)胞陣列包括輸入模塊、輸出模塊、功能模塊和總線。其中，輸入模塊完成外部輸入信號(hào)到胚胎電子細(xì)胞陣列的輸入；輸出模塊將胚胎電子細(xì)胞陣列的處理結(jié)果輸出到外部；功能模塊是胚胎電子細(xì)胞陣列的核心部分，主要完成胚胎電子細(xì)胞的具體電路功能；總線作為一種通信方式，包括地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線，用于完成各個(gè)模塊間的信息傳遞。

功能模塊是總線胚胎電子細(xì)胞陣列的核心部分，主要完成具體的電路功能。功能模塊包括胚胎電子細(xì)胞和檢測(cè)控制模塊。所有的胚胎電子細(xì)胞均與檢測(cè)控制模塊相連，所有的胚胎電子細(xì)胞首尾相連構(gòu)成環(huán)狀。其中，胚胎電子細(xì)胞分為工作細(xì)胞和空閑細(xì)胞，工作細(xì)胞實(shí)現(xiàn)特定的電路功能，空閑細(xì)胞用于當(dāng)功能模塊中出現(xiàn)故障時(shí)代替故障細(xì)胞實(shí)現(xiàn)自修復(fù)。檢測(cè)控制模塊完成功能模塊的故障檢測(cè)，功能模塊內(nèi)故障自修復(fù)的控制實(shí)現(xiàn)及功能模塊與總線的數(shù)據(jù)交換。

檢測(cè)控制模塊包括基因配置單元、控制單元、故障檢測(cè)單元和輸入輸出單元。其中，基因配置單元采用常用的寄存器型基因存儲(chǔ)器存儲(chǔ)，主要存儲(chǔ)檢測(cè)控制模塊工作過(guò)程所需的基因配置信息，包括標(biāo)志位基因，輸出選擇基因等。控制單元完成各個(gè)細(xì)胞的狀態(tài)控制及自修復(fù)的控制實(shí)現(xiàn)，主要由狀態(tài)機(jī)完成控制功能。輸入輸出單元完成功能模塊和總線的信號(hào)傳輸，使用數(shù)據(jù)緩沖器與寄存器進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。故障檢測(cè)單元完成功能模塊的故障檢測(cè)，采用經(jīng)典的雙模冗余方式實(shí)現(xiàn)功能模塊的實(shí)時(shí)故障檢測(cè)，故障檢測(cè)的對(duì)象是每個(gè)功能模塊的功能。

功能模塊內(nèi)的胚胎電子細(xì)胞主要完成具體完的功能電路，與傳統(tǒng)的胚胎電子細(xì)胞相比，減少了地址模塊與故障檢測(cè)模塊。因此，胚胎電子細(xì)胞包括基因配置存儲(chǔ)單元、功能單元、控制單元和輸入輸出單元。

其中，基因配置存儲(chǔ)單元主要由寄存器型存儲(chǔ)構(gòu)成，主要存儲(chǔ)細(xì)胞工作過(guò)程中需要的功能配置基因和連接關(guān)系基因，類似于生物體的dna。功能單元主要由4輸入查找表(4-lut)組成，完成胚胎電子細(xì)胞的電路功能。控制單元主要根據(jù)控制單元的控制信號(hào)完成對(duì)胚胎電子細(xì)胞內(nèi)各個(gè)模塊的控制。輸入輸出單元主要由多路數(shù)據(jù)選擇器構(gòu)成，主要完成胚胎電子細(xì)胞輸入輸出信號(hào)。功能模塊內(nèi)的工作細(xì)胞和空閑細(xì)胞連接構(gòu)成細(xì)胞環(huán)，功能模塊內(nèi)的胚胎電子細(xì)胞數(shù)目及工作細(xì)胞和空閑細(xì)胞數(shù)目選擇，可以根據(jù)不同的電路規(guī)模靈活的確定。

在總線胚胎電子細(xì)胞陣列工作過(guò)程中，將復(fù)雜的電子系統(tǒng)功能進(jìn)行分解，分解成為若干簡(jiǎn)單的子電路功能，將分解后的子電路功能映射到各個(gè)功能模塊中，由各個(gè)功能模塊實(shí)現(xiàn)所有的子電路功能，所有的功能模塊通過(guò)總線進(jìn)行連接。當(dāng)輸入模塊將輸入信號(hào)傳輸?shù)疥嚵泻螅嚵虚_(kāi)始工作，通過(guò)總線的分時(shí)復(fù)用實(shí)現(xiàn)各個(gè)功能模塊間信息的傳遞，最后電路工作的結(jié)果由輸出模塊進(jìn)行輸出。

當(dāng)某個(gè)功能模塊出現(xiàn)故障時(shí)，功能模塊可以實(shí)時(shí)檢測(cè)到功能出現(xiàn)故障，這相對(duì)于傳統(tǒng)胚胎電子細(xì)胞內(nèi)故障檢測(cè)方法的故障覆蓋率更高，且硬件資源消耗更少。當(dāng)功能模塊的故障檢測(cè)模塊發(fā)現(xiàn)故障后就啟動(dòng)功能模塊內(nèi)部的自修復(fù)功能，利用冗余的空閑胚胎電子細(xì)胞代替故障胚胎電子細(xì)胞執(zhí)行其相應(yīng)的功能，移除故障胚胎電子細(xì)胞完成故障的自修復(fù)，從而保證整個(gè)功能模塊正常工作，進(jìn)一步保證整個(gè)胚胎電子細(xì)胞陣列正常工作。

在總線胚胎電子細(xì)胞陣列中，分解后的電路功能由各個(gè)功能模塊實(shí)現(xiàn)。故障檢測(cè)的檢測(cè)對(duì)象為功能模塊的功能，可以實(shí)現(xiàn)功能模塊功能的實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)，將故障準(zhǔn)確地定位到每個(gè)功能模塊中。功能模塊作為一個(gè)獨(dú)立的功能單元，功能模塊內(nèi)的細(xì)胞構(gòu)成鏈狀的細(xì)胞環(huán)結(jié)構(gòu)，所以在總線胚胎電子細(xì)胞陣列中采用循環(huán)移除自修復(fù)策略。

圖2所示為循環(huán)移除故障自修復(fù)策略的基本流程，圖中w代表功能模塊中整個(gè)胚胎電子細(xì)胞環(huán)中最后一個(gè)工作細(xì)胞的位置，t表示功能模塊中工作細(xì)胞基因配置信息的最大可移動(dòng)次數(shù)，功能模塊中工作細(xì)胞的基因配置信息每移動(dòng)一位表示移動(dòng)一次。g代表完成修復(fù)的循環(huán)次數(shù)，初始值為0，所有工作細(xì)胞的基因配置信息均向后移動(dòng)一位表示完成一次循環(huán)，功能模塊的循環(huán)移除故障自修復(fù)策略的步驟為：

第一步，功能模塊的故障檢測(cè)單元對(duì)功能模塊的功能進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，并將檢測(cè)的結(jié)果(即故障檢測(cè)信號(hào))傳遞給控制單元，控制單元根據(jù)故障檢測(cè)單元的檢測(cè)信號(hào)對(duì)胚胎電子細(xì)胞的工作狀態(tài)進(jìn)行控制。若故障檢測(cè)信號(hào)顯示不存在故障，則功能模塊正常工作，若檢測(cè)信號(hào)顯示功能模塊的功能出現(xiàn)故障，表明功能模塊中某個(gè)工作細(xì)胞出現(xiàn)了故障，控制單元就將啟動(dòng)功能模塊的故障自修復(fù)功能。

第二步，功能模塊啟動(dòng)自修復(fù)功能后，首先細(xì)胞w的備份基因配置信息后移一位，移動(dòng)到細(xì)胞w+1中，細(xì)胞w此時(shí)變?yōu)椤巴该鳌睜顟B(tài)，僅充當(dāng)導(dǎo)線作用，細(xì)胞w的基因配置信息在細(xì)胞w+1中重新進(jìn)行配置和表達(dá)，此時(shí)細(xì)胞w+1代替細(xì)胞w完成其功能。檢查此時(shí)功能模塊的工作狀態(tài)，若功能模塊功能正常表示自修復(fù)成功，若功能模塊仍處于故障狀態(tài)，細(xì)胞w變?yōu)榭臻e狀態(tài)，細(xì)胞w-1的備份基因配置信息移動(dòng)到細(xì)胞w中，細(xì)胞w-1變?yōu)榭臻e狀態(tài)，細(xì)胞w-1的基因配置信息在細(xì)胞w中重新進(jìn)行配置和表達(dá)，此時(shí)細(xì)胞w代替細(xì)胞w-1完成其功能。檢查此時(shí)功能模塊的工作狀態(tài)，若功能模塊功能恢復(fù)正常表示自修復(fù)成功，若功能模塊仍處于故障狀態(tài)，按照第二步繼續(xù)循環(huán)下去。

第三步，功能模塊中所有工作細(xì)胞的基因配置信息都向后移動(dòng)一位表示完成一次修復(fù)循環(huán)，此時(shí)執(zhí)行g(shù)＝g+1，若功能模塊正常工作，則停止循環(huán)移除自修復(fù)，否者開(kāi)始從工作細(xì)胞w+g開(kāi)始新的一輪移除自修復(fù)過(guò)程。重復(fù)第二步，直到功能模塊的故障被修復(fù)，或者達(dá)到細(xì)胞的最大可移動(dòng)次數(shù)t。此時(shí)如果功能的正?；謴?fù)正常，表示自修復(fù)成功，否則表示功能模塊的自修復(fù)失敗，功能模塊無(wú)法修復(fù)出現(xiàn)的故障，陣列完全失效。

參見(jiàn)圖3，以單細(xì)胞故障的自修復(fù)為例，當(dāng)功能模塊的功能出現(xiàn)故障時(shí)(此時(shí)并不知道具體的故障細(xì)胞位置)，功能模塊啟動(dòng)循環(huán)移除自修復(fù)功能。首先細(xì)胞5的備份基因配置信息向后移動(dòng)一位，在新的細(xì)胞中進(jìn)行基因的配置和表達(dá)，代替細(xì)胞5的功能，細(xì)胞5的位置變?yōu)橥该鳡顟B(tài)。此時(shí)功能仍不正常，說(shuō)明細(xì)胞5無(wú)故障，細(xì)胞5變?yōu)榭臻e細(xì)胞。以同樣的步驟開(kāi)始移動(dòng)細(xì)胞4的備份基因配置信息，移動(dòng)到細(xì)胞5中進(jìn)行配置和表達(dá)，代替細(xì)胞4的功能，此時(shí)細(xì)胞4變?yōu)橥该鳡顟B(tài)。如果此時(shí)功能模塊的功能仍不正常，說(shuō)明細(xì)胞4正常，細(xì)胞4變?yōu)榭臻e細(xì)胞。移動(dòng)細(xì)胞3的備份基因配置信息至細(xì)胞4，在細(xì)胞4中配置表達(dá)，代替細(xì)胞3的功能，當(dāng)細(xì)胞3變?yōu)橥该鳡顟B(tài)時(shí)，功能模塊功能正常，表明細(xì)胞3故障，故障自修復(fù)完成。

總線胚胎電子細(xì)胞陣列主要由功能模塊與總線構(gòu)成，各個(gè)功能模塊獨(dú)立完成各自的功能，同時(shí)功能模塊的故障檢測(cè)單元的設(shè)計(jì)思想是基于功能模塊功能的雙模冗余，實(shí)現(xiàn)對(duì)功能模塊功能的實(shí)時(shí)故障檢測(cè)。這種故障檢測(cè)方法能夠有效的減少胚胎電子細(xì)胞陣列故障檢測(cè)的硬件資源消耗，同時(shí)能夠提高故障覆蓋率。當(dāng)功能模塊的功能出現(xiàn)故障時(shí)，故障檢測(cè)單元就能立即檢測(cè)到功能模塊的功能異常，控制單元立即啟動(dòng)自修復(fù)功能。胚胎電子細(xì)胞陣列中所有的功能模塊通過(guò)總線連接在一起，利用總線強(qiáng)大的通信能力完成各個(gè)功能模塊間的信息傳遞，陣列中所有的功能模塊配合完成特定的電路功能。只有陣列中每個(gè)功能模塊都正常工作，整個(gè)陣列才能完成特定的電路功能，因此整個(gè)陣列可以近似為一個(gè)由功能模塊組成的串聯(lián)系統(tǒng)。

在總線胚胎電子細(xì)胞陣列中功能模塊內(nèi)的工作細(xì)胞與空閑細(xì)胞構(gòu)成一個(gè)細(xì)胞環(huán)，功能模塊的工作原理是：首先將需要實(shí)現(xiàn)的電路功能分化到每個(gè)功能模塊，每個(gè)功能模塊執(zhí)行確定的電路功能，然后將功能模塊的功能分化到胚胎電子細(xì)胞中。當(dāng)功能模塊的功能分化到每個(gè)細(xì)胞后，需要執(zhí)行功能的細(xì)胞稱為工作細(xì)胞；無(wú)具體功能的細(xì)胞為空閑細(xì)胞，作為工作細(xì)胞的備份細(xì)胞，當(dāng)工作細(xì)胞出現(xiàn)故障時(shí)，用于替代故障的工作細(xì)胞完成其功能。功能模塊的功能分化完成后，假設(shè)完成功能模塊功能需要b個(gè)工作細(xì)胞，功能模塊內(nèi)共存在a個(gè)電子細(xì)胞(a>b)，此時(shí)a個(gè)電子細(xì)胞都可以作為工作細(xì)胞，在a中任意選擇b個(gè)細(xì)胞作為工作細(xì)胞就可以完成電路功能。當(dāng)功能模塊中一個(gè)細(xì)胞發(fā)生故障時(shí)，此時(shí)功能模塊內(nèi)可正常工作的電子細(xì)胞變?yōu)閍-1個(gè)，此時(shí)只要在a-1個(gè)電子細(xì)胞中選擇b個(gè)作為工作細(xì)胞即可完成電路功能；當(dāng)陣列中發(fā)生j次故障后，陣列中可正常工作的電子細(xì)胞變?yōu)閍-j，若a-j≥b，功能模塊仍可以完成電路功能；若a-j<b，功能模塊不可完成其電路功能，因?yàn)殛嚵惺怯啥鄠€(gè)功能模塊組成的串聯(lián)系統(tǒng)，所以此時(shí)陣列也將不能正常工作。

在功能模塊的工作過(guò)程中，在功能模塊中可正常工作電子細(xì)胞數(shù)目大于完成功能模塊功能所需要的電子細(xì)胞數(shù)目，功能模塊就可以正常工作，但是在這個(gè)過(guò)程中，功能模塊根據(jù)功能模塊內(nèi)可正常工作的電子細(xì)胞的數(shù)目不同，也存在多個(gè)工作狀態(tài)。基于此，為了根據(jù)功能模塊工作過(guò)程的多種工作狀態(tài)來(lái)更加透徹的分析總線胚胎電子細(xì)胞陣列的性能，采用多態(tài)系統(tǒng)理論，對(duì)總線胚胎電子細(xì)胞陣列工作過(guò)程的可靠性進(jìn)行建模分析。

多態(tài)系統(tǒng)主要分為多工作(或失效)狀態(tài)系統(tǒng)和多性能水平系統(tǒng)，其中多工作(或失效)狀態(tài)系統(tǒng)是指系統(tǒng)除了“正常工作”和“完全失效”兩種狀態(tài)外，還具有多種工作(或失效)狀態(tài)。

多態(tài)系統(tǒng)中一些部件失效或者性能衰退會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)部分失效或系統(tǒng)性能下降，從而引起整個(gè)系統(tǒng)呈現(xiàn)出多種工作(或失效)狀態(tài)或性能水平。多態(tài)系統(tǒng)理論能準(zhǔn)確的定義部件的多態(tài)性，能夠透徹地分析部件性能的變化對(duì)系統(tǒng)性能和可靠性的影響，以及系統(tǒng)失效的漸變過(guò)程，因此在復(fù)雜系統(tǒng)可靠性分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。

本文提出的總線胚胎電子細(xì)胞陣列就是一個(gè)系統(tǒng)，而功能模塊相當(dāng)于系統(tǒng)中的部件，在工作過(guò)程中，若功能模塊內(nèi)出現(xiàn)故障，由于功能模塊內(nèi)存在空閑細(xì)胞可以用于自修復(fù)，仍能保證功能模塊正常工作，但是功能模塊的狀態(tài)相當(dāng)于最初已經(jīng)發(fā)生了變化，但是陣列仍可以正常工作狀態(tài)，所以在陣列正常工作過(guò)程中，因?yàn)楣δ苣K具有多種工作狀態(tài)，從而總線胚胎電子細(xì)胞陣列也就具有了多種狀態(tài)，所以本文提出的總線胚胎電子細(xì)胞陣列屬于多工作狀態(tài)的多態(tài)系統(tǒng)，故可以借助于多態(tài)系統(tǒng)理論對(duì)本文的總線胚胎電子細(xì)胞陣列的可靠性進(jìn)行透徹的分析。

參見(jiàn)圖4，一個(gè)實(shí)施例中，所述建立總線胚胎電子細(xì)胞陣列的可靠性分析模型包括：

步驟s201，根據(jù)通用生成函數(shù)(ugf)，建立總線胚胎電子細(xì)胞陣列中的功能模塊在工作過(guò)程中的狀態(tài)性能概率分布模型。

其中，所述狀態(tài)性能概率分布模型為：

其中，wi(x,t)為部件i在t時(shí)刻處于狀態(tài)x的概率，x為部件i的狀態(tài)；表示所述功能模塊在狀態(tài)為ki時(shí)的狀態(tài)概率，表示胚胎細(xì)胞在狀態(tài)為ki時(shí)的狀態(tài)性能，i＝1,2,…,n，n表示所述功能模塊的個(gè)數(shù)，ki＝1,2,…,mi，mi為功能模塊i的狀態(tài)個(gè)數(shù)；

所述通用生成函數(shù)為：

其中，表示系統(tǒng)的狀態(tài)性能。

根據(jù)系統(tǒng)的內(nèi)部功能模塊連接結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，當(dāng)為和之間的最小值時(shí)，定義φ1運(yùn)算符為：

當(dāng)為和的和時(shí)，定義φ2運(yùn)算符為：

步驟s202，根據(jù)所述狀態(tài)性能概率分布模型建立所述可靠性分析模型。

參見(jiàn)圖5，一個(gè)實(shí)施例中，步驟s202可以通過(guò)以下過(guò)程實(shí)現(xiàn)：

步驟s301，根據(jù)所述狀態(tài)性能概率分布模型，并結(jié)合多態(tài)系統(tǒng)的最小任務(wù)性能需求，計(jì)算總線胚胎電子細(xì)胞陣列工作過(guò)程的可靠度。

本實(shí)施例中，總線胚胎電子細(xì)胞陣列工作過(guò)程的任務(wù)可靠度可以為：

其中，q為所述多態(tài)系統(tǒng)的最小任務(wù)性能需求，為示性函數(shù)，當(dāng)時(shí)，當(dāng)時(shí)，

參見(jiàn)圖6，一個(gè)實(shí)施例中，所述計(jì)算總線胚胎電子細(xì)胞陣列工作過(guò)程的可靠度可以包括：

步驟s401，計(jì)算總線胚胎電子細(xì)胞陣列工作過(guò)程的狀態(tài)集。

本實(shí)施例中，對(duì)于總線胚胎電子細(xì)胞陣列而言，假設(shè)總線胚胎電子細(xì)胞陣列中功能模塊的個(gè)數(shù)為s，所述功能模塊內(nèi)工作的細(xì)胞數(shù)為k，總的細(xì)胞數(shù)為m。單一功能模塊可劃分為m-k+1個(gè)狀態(tài)，如表1所示。

表1功能模塊的狀態(tài)及對(duì)應(yīng)的概率

則各個(gè)功能模塊的狀態(tài)包括狀態(tài)0、狀態(tài)1、狀態(tài)xi(0≤i≤m-k+1)和狀態(tài)m-k+1。

其中，狀態(tài)0表示故障狀態(tài)，即可正常工作胚胎電子細(xì)胞數(shù)小于k；狀態(tài)1表示正常工作的胚胎電子細(xì)胞個(gè)數(shù)為k，功能模塊剛好能正常工作；狀態(tài)xi表示正常工作的胚胎電子細(xì)胞個(gè)數(shù)為xi+k-1，狀態(tài)m-k+1表示所有功能模塊的胚胎電子細(xì)胞陣列均能夠正常工作。

步驟s402，根據(jù)所述狀態(tài)集計(jì)算總線胚胎電子細(xì)胞陣列中各個(gè)所述功能模塊處于不同工作狀態(tài)的概率。

其中，假設(shè)每個(gè)細(xì)胞的失效率為λ，則每個(gè)細(xì)胞的可靠度為e^-λt，所以功能模塊各個(gè)狀態(tài)對(duì)應(yīng)的概率計(jì)算如下。

狀態(tài)0即功能模塊內(nèi)可正常工作的胚胎電子細(xì)胞數(shù)目小于k，則功能模塊內(nèi)可以正常工作的電子細(xì)胞數(shù)目為0，1，2，…，k-1。每個(gè)細(xì)胞正常工作的概率為e^-λt，對(duì)應(yīng)的不能正常概率為1-e^-λt，當(dāng)功能模塊內(nèi)可正常工作數(shù)為0時(shí)，即功能模塊內(nèi)所有的胚胎電子細(xì)胞全都故障，則對(duì)應(yīng)的概率為當(dāng)功能模塊內(nèi)可正常工作的胚胎電子細(xì)胞數(shù)目為1時(shí)，存在的可能為種方式，胚胎電子細(xì)胞正常工作的概率為e^-λt，所以功能模塊內(nèi)可正常工作電子細(xì)胞數(shù)目為1的概率為同理可知當(dāng)功能模塊內(nèi)可正常工作電子細(xì)胞數(shù)目為k-1時(shí)，存在的可能為種方式，則功能模塊內(nèi)可正常工作電子細(xì)胞數(shù)目為k-1的概率為則狀態(tài)0對(duì)應(yīng)的功能模塊的概率為

狀態(tài)1即功能模塊內(nèi)可正常工作的胚胎電子細(xì)胞數(shù)目剛好為k，這樣就存在種可能的方式，k個(gè)胚胎電子細(xì)胞正常工作的概率為e^-kλt，剩下m-k個(gè)胚胎電子細(xì)胞故障的概率為(1-e^-λt)^m-k，則狀態(tài)1對(duì)應(yīng)的功能模塊的概率為

狀態(tài)xi即功能模塊內(nèi)可正常工作的胚胎電子細(xì)胞數(shù)目剛好為k+x-1，這樣就存在種可能的方式，k+x-1個(gè)胚胎電子細(xì)胞正常工作的概率為e^-(k+x-1)λt，剩下m-k-x+1個(gè)胚胎電子細(xì)胞故障的概率為(1-e^-λt)^m-k-x+1，則狀態(tài)xi對(duì)應(yīng)的功能模塊的概率為

狀態(tài)m-k+1即功能模塊內(nèi)所有的胚胎電子細(xì)胞均可正常工作，這樣就存在種可能的方式，m個(gè)胚胎電子細(xì)胞正常工作的概率為e^-mλt，則狀態(tài)m-k+1對(duì)應(yīng)的功能模塊的概率為

步驟s403，根據(jù)各個(gè)所述功能模塊處于不同工作狀態(tài)的概率，計(jì)算整個(gè)總線胚胎電子細(xì)胞陣列的任務(wù)可靠度。

為簡(jiǎn)化計(jì)算的復(fù)雜性，假設(shè)每個(gè)功能模塊的工作細(xì)胞數(shù)，總的細(xì)胞數(shù)，細(xì)胞的失效率均相同，則所有功能模塊的狀態(tài)數(shù)和各個(gè)狀態(tài)對(duì)應(yīng)的概率分布均相同。對(duì)一含有s個(gè)功能模塊的總線胚胎電子細(xì)胞陣列，各個(gè)功能模塊間以串聯(lián)的形式工作。每個(gè)功能模塊均有m-k+1個(gè)狀態(tài)，則每個(gè)功能模塊具有的狀態(tài)可表示為各個(gè)狀態(tài)對(duì)應(yīng)的概率可表示為其中1≤i≤s，則整個(gè)總線胚胎電子細(xì)胞陣列的可靠性計(jì)算過(guò)程如下：

1.計(jì)算整個(gè)總線胚胎電子細(xì)胞的狀態(tài)集，記為

2.計(jì)算陣列中各個(gè)狀態(tài)對(duì)應(yīng)的概率，記為

3.要保證整個(gè)胚胎電子細(xì)胞陣列正常工作，則每個(gè)功能模塊必須正常工作，因?yàn)槎x各個(gè)功能模塊內(nèi)剛好正常工作的狀態(tài)為1，所以要保證整個(gè)總線胚胎電子細(xì)胞陣列正常工作，則必須保證陣列對(duì)應(yīng)的狀態(tài)x≥1，則整個(gè)陣列正常工作的概率記為pa＝∑p(x≥1)，即陣列各個(gè)大于0的狀態(tài)對(duì)應(yīng)的概率之和。因此，整個(gè)總線胚胎電子細(xì)胞陣列對(duì)應(yīng)的可靠度為ra(t)＝pa。

步驟s302，根據(jù)平均故障時(shí)間，并結(jié)合所述總線胚胎電子細(xì)胞陣列工作過(guò)程的可靠度，建立總線胚胎電子細(xì)胞陣列的可靠性分析模型。

本實(shí)施例中，由于可靠度的本質(zhì)是概率，為了更加直觀的衡量陣列工作過(guò)程的任務(wù)可靠性，從時(shí)間角度給出明確的評(píng)價(jià)指標(biāo)，基于所述總線胚胎電子細(xì)胞陣列工作過(guò)程的任務(wù)可靠度，故采用平均故障時(shí)間(mttf，meantimetofailure，)來(lái)衡量系統(tǒng)可靠性，所述可靠性分析模型可以為：

步驟s102，以mos管消耗數(shù)目作為硬件資源消耗的評(píng)價(jià)指標(biāo)，建立總線胚胎電子細(xì)胞陣列的硬件資源消耗模型。

一個(gè)實(shí)施例中，所述陣列硬件資源消耗模型為：

其中，clw為總線胚胎電子細(xì)胞陣列中功能模塊內(nèi)的工作細(xì)胞數(shù)目，clk為功能模塊內(nèi)的空閑細(xì)胞數(shù)目；hc為一個(gè)胚胎電子細(xì)胞的硬件資源消耗，hld為線胚胎電子細(xì)胞陣列中的檢測(cè)控制模塊的硬件資源消耗，s為總線胚胎電子細(xì)胞陣列中的功能模塊的個(gè)數(shù)。

具體的，所述功能模塊內(nèi)包括胚胎電子細(xì)胞和檢測(cè)控制模塊。所述胚胎電子細(xì)胞包括基因存儲(chǔ)單元、輸入輸出單元、功能單元和控制單元，依據(jù)前述胚胎電子細(xì)胞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)各個(gè)單元的硬件資源消耗進(jìn)行分析。采用集成電路中最基本的單元mos管數(shù)目作為硬件資源消耗的指標(biāo)。

功能模塊內(nèi)胚胎電子細(xì)胞中的基因存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)工作基因信息和備份基因信息，設(shè)存儲(chǔ)基因信息的寬度為l，即每個(gè)基因有l(wèi)位信息。對(duì)于寄存器型基因存儲(chǔ)，寄存器是一些觸發(fā)器的集合，寄存器型基因存儲(chǔ)使用d觸發(fā)器存儲(chǔ)基因信息。每位基因信息使用一個(gè)d觸發(fā)器，典型的上升沿觸發(fā)d觸發(fā)器需要24個(gè)mos管，則所述基因存儲(chǔ)單元的硬件資源消耗為hc1＝2×l×24。

輸入輸出單元中主要硬件消耗主要是輸入單元，輸入單元需要完成胚胎電子細(xì)胞輸入信號(hào)的選擇即功能單元輸入的選擇，每個(gè)功能單元的輸入端前需要1個(gè)多選1數(shù)據(jù)選擇器，每個(gè)胚胎電子細(xì)胞需要4個(gè)多選1數(shù)據(jù)選擇器，根據(jù)功能模塊的輸入和功能模塊內(nèi)胚胎電子細(xì)胞數(shù)目的不同，選擇不同規(guī)模的數(shù)據(jù)選擇器。多路數(shù)據(jù)選擇器主要包括4選1、8選1、16選1、32選1和64選1。一個(gè)4輸入1輸出的數(shù)據(jù)選擇器資源消耗為32個(gè)mos管，一個(gè)8輸入1輸出的數(shù)據(jù)選擇器需要3個(gè)4輸入1輸出的數(shù)據(jù)選擇器，所以一個(gè)8輸入1輸出的數(shù)據(jù)選擇器的硬件資源消耗為96個(gè)mos管；一個(gè)16輸入1輸出的數(shù)據(jù)選擇器需要5個(gè)4輸入1輸出的數(shù)據(jù)選擇器，所以一個(gè)16輸入1輸出的數(shù)據(jù)選擇器的硬件資源消耗為160個(gè)mos管；一個(gè)32輸入1輸出的數(shù)據(jù)選擇器需要10個(gè)4輸入1輸出的數(shù)據(jù)選擇器，所以一個(gè)32輸入1輸出的數(shù)據(jù)選擇器的硬件資源消耗為320個(gè)mos管；一個(gè)64輸入1輸出的數(shù)據(jù)選擇器需要20個(gè)4輸入1輸出的數(shù)據(jù)選擇器，所以一個(gè)64輸入1輸出的數(shù)據(jù)選擇器的硬件資源消耗為640個(gè)mos管。

假設(shè)功能模塊輸入的個(gè)數(shù)為ml位，功能模塊中胚胎電子細(xì)胞數(shù)目為clw+clk，由胚胎電子細(xì)胞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可知，多路選擇器的選擇主要由功能模塊的輸入和胚胎電子細(xì)胞數(shù)目決定，則輸入輸出單元的硬件資源消耗為：

功能單元主要由4輸入的查找表(4-lut)組成，其本質(zhì)是一個(gè)具有4位地址線的16×1的ram，以sram進(jìn)行分析，根據(jù)文獻(xiàn)[10]關(guān)于sram存儲(chǔ)器mos管消耗的分析，可知1個(gè)4-lut需要消耗的mos管數(shù)目為178個(gè)?？刂茊卧饕瓿筛鶕?jù)細(xì)胞狀態(tài)信號(hào)控制細(xì)胞的工作，硬件資源消耗相對(duì)基因存儲(chǔ)可近似忽略不計(jì)。

總線胚胎電子細(xì)胞陣列中每個(gè)胚胎電子細(xì)胞的硬件資源消耗為hc＝l×48+hcio+178。因?yàn)槊總€(gè)功能模塊中包括clw+clk個(gè)胚胎電子細(xì)胞，所以每個(gè)功能模塊中所有胚胎電子細(xì)胞的硬件資源消耗為hsumc＝hc×(clw+clk)＝(l×48+hcio+178)×(clw+clk)。

所述檢測(cè)控制模塊包括故障檢測(cè)單元、控制單元、輸入輸出單元和基因存儲(chǔ)單元，根據(jù)檢測(cè)控制模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)各個(gè)單元進(jìn)行硬件資源消耗。

對(duì)于故障檢測(cè)單元，假設(shè)功能模塊實(shí)現(xiàn)的電路功能為m1位輸入n1位輸出的電路，則需要存儲(chǔ)實(shí)際的輸出共m1×n1位信息，每個(gè)輸出端需要n1個(gè)2輸入的xor門(mén)，1個(gè)n1輸入的or門(mén)。一個(gè)2輸入xor門(mén)需要22個(gè)mos管，1個(gè)n1輸入的or門(mén)需要由n1-1個(gè)2輸入的or組成，一個(gè)2輸入的or門(mén)需要6個(gè)mos管，則所述故障檢測(cè)單元的硬件資源消耗為：

hd1＝m1×n1×24+m1×(n1×22+(n1-1)×6)＝52×m1×n1-6×m1。

對(duì)于基因存儲(chǔ)單元主要存儲(chǔ)輸入標(biāo)志位信息、輸出標(biāo)志位信息及輸出選擇控制信息。假設(shè)輸入標(biāo)志位為m1位，輸出標(biāo)志位為m2位，標(biāo)志位的位數(shù)與陣列功能模塊的數(shù)目相關(guān)，功能模塊數(shù)目越多，標(biāo)志位越長(zhǎng)，標(biāo)志位的寬度為表示向上取整。輸出選擇控制信息與輸出個(gè)數(shù)有關(guān)，對(duì)于有n1個(gè)輸出的電路，每個(gè)輸出信號(hào)都是在功能模塊中胚胎電子細(xì)胞的輸出信號(hào)和功能模塊的輸入信號(hào)中進(jìn)行選擇，所以共需要位。所述基因存儲(chǔ)單元的硬件資源消耗為：

輸入輸出單元主要由寄存器與數(shù)據(jù)緩沖器構(gòu)成，輸入寄存器與輸出寄存器的大小與需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位數(shù)相關(guān)，數(shù)據(jù)緩沖器的數(shù)目與總線的位數(shù)相同，設(shè)總線寬度為s?？偩€包括地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線。地址總線寬度為數(shù)據(jù)總線寬度為s1和控制總線寬度為5。一位非反向數(shù)據(jù)緩沖器由4個(gè)mos管組成，所述輸入輸出單元的硬件資源消耗為：

控制單元主要根據(jù)功能模塊內(nèi)各個(gè)細(xì)胞此時(shí)的工作狀態(tài)及工作狀態(tài)決定下一時(shí)刻各個(gè)細(xì)胞的狀態(tài)，本文以狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)狀態(tài)控制功能，狀態(tài)機(jī)主要的硬件消耗為狀態(tài)信息的存儲(chǔ)，根據(jù)本文的自修復(fù)方法，狀態(tài)機(jī)需要存儲(chǔ)(clw+clk)×clw個(gè)clw+clk位的狀態(tài)信息，所述控制單元的硬件資源消耗為：

hd4＝(clw+clk)²×clw×24。

檢測(cè)控制模塊的硬件資源消耗可近似為：

則每個(gè)所述功能模塊的硬件資源消耗為：

總線胚胎電子細(xì)胞陣列的硬件資源消耗為：

步驟s103，針對(duì)電路的設(shè)計(jì)要求，根據(jù)所述可靠性分析模型和所述硬件資源消耗模型，合理確定總線胚胎電子細(xì)胞陣列中電子細(xì)胞數(shù)目。

其中，所述確定總線胚胎電子細(xì)胞陣列中電子細(xì)胞數(shù)目包括：確定功能模塊內(nèi)空閑細(xì)胞電子細(xì)胞數(shù)目和功能模塊內(nèi)總的胚胎電子細(xì)胞數(shù)目。

參見(jiàn)圖7，一個(gè)實(shí)施例中，所述確定總線胚胎電子細(xì)胞陣列中功能模塊內(nèi)總的胚胎電子細(xì)胞數(shù)目可以包括：

步驟s501，確定總線胚胎電子細(xì)胞陣列的規(guī)模、所述功能模塊內(nèi)空閑細(xì)胞與工作細(xì)胞比例以及總線胚胎電子細(xì)胞陣列的可靠性或硬件資源消耗條件。

步驟s502，根據(jù)所確定的總線胚胎電子細(xì)胞陣列的規(guī)模、所述功能模塊內(nèi)空閑細(xì)胞與工作細(xì)胞比例以及總線胚胎電子細(xì)胞陣列的可靠性或硬件資源消耗條件，選取不同功能模塊內(nèi)胚胎電子細(xì)胞的數(shù)目，并計(jì)算總線胚胎電子細(xì)胞陣列的可靠性和硬件資源消耗。

步驟s503，根據(jù)功能模塊內(nèi)不同電子細(xì)胞數(shù)目對(duì)應(yīng)的可靠性與硬件資源消耗，結(jié)合總線胚胎電子細(xì)胞陣列的設(shè)計(jì)要求，確定功能模塊內(nèi)的胚胎電子細(xì)胞數(shù)目。

其中，若只要求可靠性大于某一個(gè)值，則此時(shí)選擇滿足可靠性要求硬件資源消耗最小的細(xì)胞數(shù)目；若只要求硬件資源小于某一個(gè)值，則此時(shí)選擇滿足硬件資源消耗要求可靠性最大的細(xì)胞數(shù)目；若對(duì)可靠性和硬件資源同時(shí)進(jìn)行要求，則此時(shí)可以在滿足設(shè)計(jì)條件的區(qū)間內(nèi)任意選擇一個(gè)細(xì)胞數(shù)目。

以下通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明。

選取模糊控制器基于總線胚胎電子細(xì)胞陣列結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)該功能電路共需要48個(gè)工作細(xì)胞，分別研究以下三種設(shè)計(jì)條件下陣列中功能模塊內(nèi)電子細(xì)胞數(shù)目的選擇。

條件1：總線胚胎電子細(xì)胞陣列的mos管消耗數(shù)目小于500000個(gè)。

條件2：總線胚胎電子細(xì)胞陣列的mttf大于3500h。

條件3：總線胚胎電子細(xì)胞陣列的mttf大于4000h，且mos管消耗數(shù)目小于500000。

為簡(jiǎn)化研究復(fù)雜度，做出如下假設(shè)：

1.功能模塊內(nèi)的工作細(xì)胞和空閑細(xì)胞之比為2:1保持恒定(存在功能模塊數(shù)向上取整的情況除外)；

2.所有的功能模塊內(nèi)的電子細(xì)胞數(shù)目相同；

3.每個(gè)電子細(xì)胞的失效率均為λ＝6×10^-5/h。

為了對(duì)三種設(shè)計(jì)要求下陣列功能模塊內(nèi)的電子細(xì)胞數(shù)目進(jìn)行選擇，由上文的電子細(xì)胞數(shù)目選擇方法可知，需要首先計(jì)算不同功能模塊內(nèi)電子細(xì)胞數(shù)目對(duì)應(yīng)的陣列可靠性和硬件資源消耗。分別選擇功能模塊內(nèi)胚胎電子細(xì)胞數(shù)目為3、6、9、12、15、18、21、24、27和30，則對(duì)應(yīng)的功能模塊數(shù)目分別為24、12、8、6、5、4、4、3、3和3，功能模塊內(nèi)檢測(cè)控制模塊中基因配置單元中標(biāo)志位分別為5、4、3、3、3、2、2、2、2和2，陣列總線數(shù)據(jù)的寬度為8位，每個(gè)功能模塊的輸入均為8，即m1＝8，輸出為功能模塊內(nèi)工作細(xì)胞的數(shù)目，但考慮到總線的寬度，最多為8位，即n1＝2、4、6、8、8、8、8、8、8和8。胚胎電子細(xì)胞內(nèi)的基因?yàn)?4位，對(duì)應(yīng)的總線寬度分別為20、19、18、18、18、17、17、17、17和17位。

不同功能模塊內(nèi)胚胎電子細(xì)胞數(shù)目對(duì)應(yīng)的陣列的可靠度曲線如圖8所示，陣列mttf如圖9所示，具體數(shù)值如表2所示。

表2功能模塊內(nèi)不同電子細(xì)胞數(shù)目選擇對(duì)應(yīng)陣列mttf

如圖8所示，圖中cell代表功能模塊內(nèi)電子細(xì)胞的數(shù)目，隨著時(shí)間的增加，陣列的可靠度不斷開(kāi)始下降，在功能模塊內(nèi)工作細(xì)胞與空閑細(xì)胞比例相同時(shí)，功能模塊內(nèi)電子細(xì)胞數(shù)目越多，陣列的可靠度隨時(shí)間下降的速率越慢，這是因?yàn)殡S著功能模塊內(nèi)電子細(xì)胞的增加，每個(gè)功能模塊內(nèi)的空閑細(xì)胞數(shù)目就增加了，每個(gè)功能模塊可修復(fù)的次數(shù)增加了，且每個(gè)功能模塊內(nèi)電子細(xì)胞數(shù)目越多，陣列的功能模塊就越少，因?yàn)殛嚵械墓δ苣K是組成串聯(lián)系統(tǒng)，所有的功能模塊都正常工作陣列才能正常工作，所以功能模塊數(shù)目越少，每個(gè)功能模塊內(nèi)空閑細(xì)胞越多的陣列可靠度隨時(shí)間下降越慢。且隨著功能模塊內(nèi)電子細(xì)胞數(shù)目的增加，陣列的可靠度曲線越來(lái)越接近，這是因?yàn)楫?dāng)功能模塊中電子細(xì)胞數(shù)目從3增加到30的過(guò)程中，功能模塊的數(shù)目減少量從12到4再到最后為0，且功能模塊內(nèi)電子細(xì)胞每增加3個(gè)空閑細(xì)胞只增加1個(gè)，所以當(dāng)細(xì)胞數(shù)目較小時(shí)，隨著電子細(xì)胞數(shù)目的增加，功能模塊數(shù)目減少很多，因?yàn)殛嚵兄械墓δ苣K組成串聯(lián)系統(tǒng)，所以隨著功能模塊內(nèi)電子細(xì)胞數(shù)目的增加，陣列的可靠度曲線前期間隔較大，隨著功能模塊內(nèi)電子細(xì)胞數(shù)目的增加，可靠度曲線間的間隔越來(lái)越小。

圖8中當(dāng)cell＝15與cell＝18，cell＝21與cell＝24及cell＝27與cell＝30這三組可靠性曲線間隔很小，這是因?yàn)槎?dāng)cell＝18時(shí)，功能模塊內(nèi)共有12個(gè)工作細(xì)胞，陣列剛好有4個(gè)功能模塊，而當(dāng)cell＝15時(shí)，功能模塊內(nèi)共有10個(gè)工作細(xì)胞，陣列共有5個(gè)功能模塊，其中共有4個(gè)完整的功能模塊，第5個(gè)功能模塊中只需8個(gè)工作細(xì)胞，此時(shí)第5個(gè)功能模塊有7個(gè)空閑細(xì)胞，所以提高了陣列的可靠度，從而與cell＝18是可靠度接近。同理當(dāng)cell＝21與cell＝24，cell＝27與cell＝30這兩組可靠度的可靠度曲線也很接近。

由圖9和表2所示，隨著功能模塊內(nèi)電子細(xì)胞數(shù)目的增加，陣列的mttf也隨之增加，但是增長(zhǎng)的速率開(kāi)始下降，這是因?yàn)殡S著功能模塊內(nèi)電子細(xì)胞數(shù)目的增加，每個(gè)功能模塊內(nèi)的空閑細(xì)胞數(shù)目也在增加，功能模塊可進(jìn)行的自修復(fù)次數(shù)也在增加，同時(shí)陣列的功能模塊數(shù)目在不斷下降，且陣列是由各個(gè)功能模塊組成的串聯(lián)系統(tǒng)，所以隨著功能模塊內(nèi)電子細(xì)胞數(shù)目的增加，陣列的mttf不斷增加，同時(shí)因?yàn)楣δ苣K中每增加3個(gè)電子細(xì)胞，只增加一個(gè)空閑細(xì)胞，而陣列功能模塊數(shù)目先減少12個(gè)，再減少4個(gè)，到保持不變，所以隨著功能模塊內(nèi)電子細(xì)胞數(shù)目的增加，陣列的mttf增加越來(lái)越緩慢。當(dāng)電子細(xì)胞數(shù)目為15與18，21與24，27與30這三組情況時(shí)，陣列的mttf很接近。以功能模塊內(nèi)電子細(xì)胞為別為27和30為例，當(dāng)功能模塊內(nèi)電子細(xì)胞為27時(shí)，共需3個(gè)功能模塊，其中兩個(gè)功能模塊中空閑細(xì)胞數(shù)為9，剩下一個(gè)功能模塊中空閑細(xì)胞數(shù)為15，而當(dāng)功能模塊內(nèi)電子細(xì)胞數(shù)為30時(shí)，同樣需要3個(gè)功能模塊，其中兩個(gè)功能模塊空閑細(xì)胞數(shù)為10。剩下一個(gè)功能模塊中空閑細(xì)胞數(shù)為22。因?yàn)閮煞N情況功能模塊數(shù)目一致，且功能模塊內(nèi)空閑細(xì)胞數(shù)只差1個(gè)，所以兩中情況的mttf相差很小，同理當(dāng)功能模塊內(nèi)電子細(xì)胞數(shù)目為15與18，21與24時(shí)，陣列的mttf也相差很小。

不同功能模塊內(nèi)胚胎電子細(xì)胞數(shù)目對(duì)應(yīng)的陣列硬件資源消耗(mos管數(shù)目消耗)如圖10所示，具體數(shù)值如表3所示。

表3不同功能模塊內(nèi)電子細(xì)胞對(duì)應(yīng)陣列mos管消耗

由圖10和表3可知，隨著功能模塊內(nèi)電子細(xì)胞數(shù)目的增加，陣列的mos管消耗數(shù)目不斷增加，且增加的速率不斷增加。這是因?yàn)樵诳偩€胚胎電子細(xì)胞陣列中，當(dāng)工作陣列規(guī)模確定后，整個(gè)陣列的規(guī)模也就確定了。當(dāng)功能模塊內(nèi)電子細(xì)胞數(shù)目不同時(shí)，總線胚胎電子細(xì)胞陣列中胚胎電子細(xì)胞所產(chǎn)生的硬件資源消耗均相同，硬件資源的不同主要是功能模塊內(nèi)檢測(cè)控制單元不同造成的。隨著功能模塊內(nèi)電子細(xì)胞數(shù)目增加，功能模塊的數(shù)目不斷減少，但功能模塊內(nèi)控制單元的硬件資源消耗成立方的倍數(shù)增加，而開(kāi)始功能模塊的數(shù)目減少的數(shù)目為12、4、2、1和0，因?yàn)殚_(kāi)始功能模塊數(shù)目減少較大，所以開(kāi)始陣列的硬件資源消耗增加較慢，當(dāng)功能模塊內(nèi)電子細(xì)胞數(shù)目大于15時(shí)，功能模塊的數(shù)目幾乎不變，所以陣列的硬件資源消耗增長(zhǎng)速率快。圖中當(dāng)電子細(xì)胞數(shù)為18和21時(shí)，功能模塊相同，所以此時(shí)的增長(zhǎng)速率突然加快，而當(dāng)功能模塊內(nèi)電子細(xì)胞數(shù)目為21時(shí)，功能模塊個(gè)數(shù)為4，而當(dāng)電子細(xì)胞數(shù)目為24時(shí)，功能模塊個(gè)數(shù)為3，所以此時(shí)的增長(zhǎng)速率較電子數(shù)目從18增長(zhǎng)到21要慢，當(dāng)功能模塊內(nèi)電子細(xì)胞數(shù)目24、27和30時(shí)，功能模塊均為3，所以硬件資源消耗增長(zhǎng)速率又加快，且呈線性增長(zhǎng)。

條件1要求總線胚胎電子細(xì)胞陣列的mos管消耗數(shù)目小于500000個(gè)，由圖9與表3可知，滿足條件的功能模塊內(nèi)電子細(xì)胞數(shù)量為3、6、9、12和15；由圖8與表2可知，當(dāng)電子細(xì)胞從3到15，陣列的mttf不斷增加，所以此時(shí)選擇陣列mttf最大的，即選擇功能模塊內(nèi)電子細(xì)胞數(shù)目為15時(shí)最優(yōu)。

條件2要求總線胚胎電子細(xì)胞陣列的mttf大于3500h，由圖9與表2可知，當(dāng)功能模塊內(nèi)電子細(xì)胞數(shù)目為9及以上時(shí)均可滿足條件；由圖10與表3可知當(dāng)功能模塊內(nèi)電子細(xì)胞數(shù)目大于等于9時(shí)，陣列的mos管消耗數(shù)目不斷增加，所以此時(shí)應(yīng)當(dāng)選擇陣列mos管消耗數(shù)目最少的，即此時(shí)選擇功能模塊內(nèi)電子細(xì)胞數(shù)目為9時(shí)最優(yōu)。

條件3要求總線胚胎電子細(xì)胞陣列的mttf大于4000h，且mos管消耗數(shù)目小于500000個(gè)。由圖9、圖10、表2和表3的數(shù)據(jù)可知，當(dāng)功能模塊內(nèi)電子細(xì)胞數(shù)目為3、6、9、12和15時(shí)，陣列mos管消耗數(shù)目小于500000個(gè)，當(dāng)功能模塊內(nèi)電子細(xì)胞數(shù)目為12及以上時(shí)，陣列的mttf大于4000h。綜合兩項(xiàng)要求此時(shí)滿足要求的功能模塊內(nèi)電子細(xì)胞數(shù)目為12或15，此時(shí)選擇功能模塊內(nèi)電子細(xì)胞數(shù)目為12或者15均可。

參見(jiàn)圖11，基于總線胚胎電子細(xì)胞陣列的可靠性模型和硬件資源消耗模型基礎(chǔ)上，制定一定約束條件，確定總線胚胎電子細(xì)胞陣列中功能模塊內(nèi)空閑細(xì)胞數(shù)量包括：

步驟s601，確定陣列的規(guī)模、功能模塊內(nèi)空閑細(xì)胞與工作細(xì)胞比例及陣列需要滿足的可靠性或硬件資源消耗條件。

步驟s602，根據(jù)確定的電路規(guī)模，選取不同功能模塊內(nèi)胚胎電子細(xì)胞的數(shù)目，計(jì)算陣列的可靠性和硬件資源消耗。

其中，對(duì)于功能模塊內(nèi)分別選取不同的空閑細(xì)胞數(shù)目，根據(jù)建立的可靠性模型和硬件資源消耗模型分別計(jì)算不同空閑細(xì)胞數(shù)量情況下陣列的可靠性和硬件資源消耗。

步驟s603，根據(jù)陣列的設(shè)計(jì)要求，結(jié)合功能模塊內(nèi)不同電子細(xì)胞數(shù)目對(duì)應(yīng)的可靠性與硬件資源消耗，按照設(shè)計(jì)要求確定最合適的功能模塊內(nèi)的胚胎電子細(xì)胞數(shù)目。

具體的，可以根據(jù)功能電路的設(shè)計(jì)要求，對(duì)比功能內(nèi)選擇不同空閑細(xì)胞情況下陣列的可靠性和硬件資源消耗，按照設(shè)計(jì)要求選擇最合理的功能模塊內(nèi)空閑細(xì)胞數(shù)目，同時(shí)兼顧陣列的可靠性和硬件資源消耗。若只要求總線胚胎電子細(xì)胞陣列的可靠性大于某一個(gè)值，則此時(shí)選擇滿足可靠性要求硬件資源消耗最小的功能模塊內(nèi)空閑細(xì)胞數(shù)目；若只要求總線胚胎電子細(xì)胞陣列的硬件資源消耗小于某一個(gè)值，則此時(shí)選擇滿足硬件資源消耗要求可靠性最大的功能模塊內(nèi)空閑細(xì)胞數(shù)目；若對(duì)總線胚胎電子細(xì)胞陣列的可靠性和硬件資源消耗同時(shí)進(jìn)行要求，則此時(shí)可以在滿足設(shè)計(jì)條件的區(qū)間內(nèi)任意選擇一個(gè)功能模塊內(nèi)空閑細(xì)胞數(shù)目。

以下通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)，對(duì)總線胚胎電子細(xì)胞陣列中功能模塊內(nèi)空閑細(xì)胞數(shù)量選擇方法進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明。

假設(shè)一胚胎電子細(xì)胞陣列規(guī)模為48個(gè)工作細(xì)胞，每個(gè)功能模塊內(nèi)共9個(gè)胚胎電子細(xì)胞，分別研究以下三種設(shè)計(jì)條件下功能模塊類電子細(xì)胞數(shù)目的選擇：

條件1：總線胚胎電子細(xì)胞陣列的mos管消耗數(shù)目小于400000個(gè)。

條件2：總線胚胎電子細(xì)胞陣列的mttf大于3500h。

條件3：總線胚胎電子細(xì)胞陣列的mttf大于5000h，且mos管消耗數(shù)目小于400000。

為了簡(jiǎn)化計(jì)算復(fù)雜程度，假設(shè)每個(gè)功能模塊內(nèi)電子細(xì)胞數(shù)目都相同，且工作細(xì)胞與空閑細(xì)胞數(shù)目比例也相同，每個(gè)細(xì)胞的失效率均相同為λ＝6×10^(-5)。設(shè)功能模塊內(nèi)空閑細(xì)胞數(shù)量為i，則9>i>0。分別選取i＝1、2、3、4、5、6、7和8，則對(duì)應(yīng)的功能模塊的個(gè)數(shù)分別g＝6、7、8、10、12、16、24和48。不同空閑細(xì)胞數(shù)目情況下，陣列的可靠度曲線如圖12示，陣列的mttf曲線如圖13示，對(duì)應(yīng)的mttf值如表4所示。

表4功能模塊內(nèi)不同空閑細(xì)胞數(shù)目選擇陣列的mttf

圖12為選取不同功能模塊內(nèi)的空閑細(xì)胞，總線胚胎電子細(xì)胞陣列的可靠度隨時(shí)間的變化曲線，隨著時(shí)間的增加，陣列的可靠度不斷下降，且當(dāng)功能模塊內(nèi)空閑細(xì)胞選擇不同時(shí)，陣列的可靠度曲線也不同，功能模塊內(nèi)空閑細(xì)胞越多，陣列的可靠度曲線下降越慢，隨著功能模塊內(nèi)空閑細(xì)胞的增加，選擇不同功能模塊內(nèi)空閑細(xì)胞對(duì)應(yīng)的陣列可靠度曲線間的距離也在增加。已知陣列的工作細(xì)胞一定，圖中fcell代表功能模塊內(nèi)空閑細(xì)胞的個(gè)數(shù)，隨著功能模塊內(nèi)fcell增加，整個(gè)陣列內(nèi)的空閑細(xì)胞不斷增加，當(dāng)陣列中出現(xiàn)故障時(shí)，可自修復(fù)的次數(shù)就更多，所以隨著功能模塊內(nèi)fcell增加，陣列的可靠度隨時(shí)間下降更為緩慢。同時(shí)當(dāng)功能模塊內(nèi)fcell從1增加到8過(guò)程中，陣列中的空閑細(xì)胞數(shù)目分別為6、9、24、42、60、96、168和384，陣列間空閑細(xì)胞的數(shù)目差越來(lái)越大，即陣列可自修復(fù)的次數(shù)相差越來(lái)越大，所以隨著功能模塊內(nèi)fcell的增加，陣列的可靠度曲線間隔越來(lái)越大。

圖13與表4為功能模塊內(nèi)選擇不同的空閑細(xì)胞所構(gòu)成陣列的mttf，隨著陣列中功能模塊內(nèi)的空閑細(xì)胞數(shù)目的增加，陣列的mttf不斷增加，且增加的速率不斷增加。已知陣列的工作細(xì)胞一定，隨著每個(gè)功能模塊內(nèi)的fcell數(shù)目不斷增加，需要的功能模塊的個(gè)數(shù)也就在增加，且每個(gè)功能模塊內(nèi)的空閑細(xì)胞相同，所以整個(gè)陣列的空閑細(xì)胞在不斷增加，從而陣列的可自修復(fù)次數(shù)就增加了，所以陣列的mttf不斷增加，且當(dāng)功能模塊內(nèi)fcell從1增加到8過(guò)程中，陣列中的空閑細(xì)胞數(shù)目分別為6、9、24、42、60、96、168和384，陣列間空閑細(xì)胞的數(shù)目差就越來(lái)越大，即陣列可自修復(fù)的次數(shù)相差越來(lái)越大，所以隨著功能模塊內(nèi)fcell的增加，陣列的mttf增長(zhǎng)速率不斷增加。

胚胎電子細(xì)胞陣列共有48個(gè)工作細(xì)胞，每個(gè)功能模塊內(nèi)的電子細(xì)胞數(shù)目為9個(gè)，功能模塊內(nèi)的空閑細(xì)胞分別為i＝1、2、3、4、5、6、7和8，所以功能模塊的個(gè)數(shù)分別為g＝6、7、8、10、12、16、24和48，總線的寬度分別為18、18、18、19、19、19、20和22，總線數(shù)據(jù)的寬度為8位，則功能模塊的輸入m＝8，功能模塊的輸出與總線內(nèi)工作細(xì)胞的個(gè)數(shù)相關(guān)，但考慮到總線數(shù)據(jù)位的寬度，所以n＝8、7、6、5、4、3、2和1。不同功能模塊內(nèi)空閑細(xì)胞數(shù)目對(duì)應(yīng)的陣列的mos管消耗數(shù)目如圖14示，具體的mos管消耗如表5所示。

表5功能模塊內(nèi)不同空閑細(xì)胞數(shù)目選擇陣列的mos管消耗

圖14表5為陣列中功能模塊內(nèi)選擇不同的空閑細(xì)胞數(shù)目，對(duì)應(yīng)的陣列mos管消耗數(shù)目變化，隨著功能模塊內(nèi)空閑細(xì)胞數(shù)目的不斷增加，陣列的mos管消耗數(shù)目也不斷增加，且增加的速率不斷增加。功能模塊中的胚胎電子細(xì)胞結(jié)構(gòu)都相同，消耗的mos管數(shù)量也一致，且每個(gè)功能模塊內(nèi)的電子細(xì)胞數(shù)目固定，隨著功能模塊內(nèi)空閑細(xì)胞數(shù)目的增加，功能模塊內(nèi)檢測(cè)控制模塊的mos管消耗會(huì)有一定的減少，但是減少的數(shù)目不大，相對(duì)于功能模塊消耗的mos管數(shù)目可近似不計(jì)，每個(gè)功能模塊的mos管消耗數(shù)目基本一致，所以隨著功能模塊內(nèi)的空閑細(xì)胞從1增加到8，陣列包含的功能模塊數(shù)目分別為6、7、8、10、12、16、24和48，由陣列包含的功能模塊數(shù)目可知，隨著功能模塊內(nèi)空閑細(xì)胞數(shù)目的增加，陣列消耗的mos管數(shù)目不斷增加，且增加的速率越來(lái)越快。

在功能模塊內(nèi)選擇不同的空閑細(xì)胞數(shù)目情況下，分別分析了對(duì)應(yīng)的總線胚胎電子細(xì)胞陣列的可靠性和硬件資源消耗的基礎(chǔ)上，根據(jù)電路的設(shè)計(jì)要求可以選擇最合適的功能模塊內(nèi)空閑細(xì)胞的數(shù)目。

條件1要求總線胚胎電子細(xì)胞陣列的mos管消耗數(shù)目小于400000個(gè)，由圖14表5可知，要求陣列的mos管消耗數(shù)目小于400000個(gè)，則功能模塊內(nèi)空閑細(xì)胞的數(shù)目應(yīng)小于6；同時(shí)由圖13表4可知，隨著功能模塊內(nèi)空閑細(xì)胞數(shù)目的增加，陣列的mttf不斷增加，且增加速率不斷變大，所以此時(shí)選擇功能模塊內(nèi)空閑細(xì)胞的數(shù)目為5，可以獲得最大的陣列mttf。

條件2要求總線胚胎電子細(xì)胞陣列的mttf大于3500h，由圖13表4可知，要使陣列的mttf大于3500h，陣列中功能模塊內(nèi)的空閑細(xì)胞數(shù)目應(yīng)該大于2，由圖14表5可知，隨著功能模塊內(nèi)的空閑細(xì)胞數(shù)目增加，陣列的mos管消耗數(shù)目也不斷增加，且增加的速率越來(lái)越快，mos管的消耗數(shù)目即陣列的硬件資源消耗。所以此時(shí)選擇功能模塊內(nèi)的空閑細(xì)胞數(shù)目為3，可以在滿足設(shè)計(jì)要求的情況下，消耗最少的mos管，即硬件資源消耗最少。

條件3要求總線胚胎電子細(xì)胞陣列的mttf大于5000h，且mos管消耗數(shù)目小于350000。由圖13表4可知，要是陣列的mttf大于5000h，陣列中功能模塊內(nèi)空閑細(xì)胞的數(shù)目應(yīng)大于3；由圖14表5可知，要滿足陣列的mos管消耗數(shù)目小于400000個(gè)，陣列中功能模塊內(nèi)的空閑細(xì)胞數(shù)目應(yīng)小于6，綜合陣列的mttf和陣列的硬件資源消耗設(shè)計(jì)要求，此時(shí)陣列中功能模塊內(nèi)的空閑細(xì)胞數(shù)目應(yīng)處于3至6之間，此時(shí)可以選擇功能模塊內(nèi)的空閑細(xì)胞數(shù)目為4或者5均可以滿足設(shè)計(jì)要求。

上述總線胚胎電子細(xì)胞陣列中電子細(xì)胞數(shù)目選擇方法，分析總線胚胎電子細(xì)胞陣列的結(jié)構(gòu)和工作特點(diǎn)，采用多態(tài)系統(tǒng)理論，建立總線胚胎電子細(xì)胞陣列的可靠性分析模型；以mos管消耗數(shù)目作為陣列的硬件資源消耗評(píng)價(jià)指標(biāo)，建立總線胚胎電子細(xì)胞陣列的硬件資源消耗模型；然后結(jié)合電路的設(shè)計(jì)要求，根據(jù)所述可靠性分析模型和所述硬件資源消耗模型，確定總線胚胎電子細(xì)胞陣列中電子細(xì)胞數(shù)目，能夠合理地選擇陣列功能模塊內(nèi)細(xì)胞的數(shù)目，兼顧陣列的可靠性和硬件資源消耗，從而解決現(xiàn)有技術(shù)中胚胎電子細(xì)胞陣列內(nèi)部的電子細(xì)胞數(shù)目的選擇依靠經(jīng)驗(yàn)，不能很好地平衡陣列硬件資源消耗和可靠性的關(guān)系的問(wèn)題。

應(yīng)理解，上述實(shí)施例中各步驟的序號(hào)的大小并不意味著執(zhí)行順序的先后，各過(guò)程的執(zhí)行順序應(yīng)以其功能和內(nèi)在邏輯確定，而不應(yīng)對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的實(shí)施過(guò)程構(gòu)成任何限定。

以上所述實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。